Wetenschappers uit Oxford zeggen dat het basisprincipe van de natuurkunde verkeerd is

‘Tegengestelde ladingen trekken elkaar aan en tegengestelde ladingen stoten elkaar af’ is een oud basisprincipe van de natuurkunde dat je misschien op school hebt gehoord, maar je leraar heeft het misschien mis.

Onderzoekers van de afdeling Scheikunde van de Universiteit van Oxford ontdekten dat soortgelijke geladen deeltjes, ondergedompeld in oplossingen, elkaar van grote afstanden konden aantrekken, afhankelijk van het gebruikte oplosmiddel en het teken van de lading.

Het onderzoek werd gepubliceerd in het tijdschrift Natuur nanotechnologie.

De onderzoekers geloven dat hun onderzoek de manier zal veranderen waarop wetenschappers denken over processen zoals hoe medicijnen en chemicaliën stabiel blijven of hoe bepaalde ziekten zich ontwikkelen. Ze ontdekten ook een manier om de eigenschappen te meten van de elektrische lading die door oplosmiddelen wordt gegenereerd, wat voorheen voor onmogelijk werd gehouden.

“Ik ben echt heel trots op mijn studenten, maar ook op de studenten, die allemaal hebben samengewerkt om deze fundamentele ontdekking verder te brengen”, zegt Madhavi Krishnan, een professor aan de Universiteit van Oxford, die het onderzoek leidde.

De onderzoekers volgden kleine, negatief geladen silicadeeltjes die in een oplossing waren gesuspendeerd en ontdekten dat deze deeltjes elkaar feitelijk aantrekken en hexagonaal gerangschikte clusters vormen wanneer ze dat doen.

“Ik vind het nog steeds fascinerend om te zien hoe deze deeltjes elkaar aantrekken, zelfs nadat ik het al duizend keer heb gezien”, zegt Sidda Wang, eerste auteur van het onderzoek.

Hoewel deze negatief geladen deeltjes elkaar aantrekken, doen positief geladen deeltjes dat niet.

Wetenschappers geloven dat dit fenomeen wordt veroorzaakt door een aantrekkingskracht die alleen in water voorkomt en die de gebruikelijke elektrostatische afstoting overtreft, waardoor deze clusters kunnen ontstaan.
Deze aantrekkingskracht had echter geen effect op de positief geladen deeltjes in het water.

De wetenschappers ontdekten dat ze de vorming van deze clusters konden manipuleren door de pH (zuurgraad) te veranderen. Ongeacht de pH kunnen positief geladen deeltjes echter nog steeds niet worden aangetrokken.

Tijdens het onderzoek vroeg het team zich ook af of het effect op deze geladen deeltjes veranderd kon worden als het oplosmiddel werd veranderd.

Toen ze de oplossing veranderden in alcohol in plaats van water, merkten ze dat de positief geladen silicadeeltjes deze groepen vormden, terwijl de negatief geladen deeltjes dat niet deden.

“Hier demonstreren we experimenteel dat oplosmiddel een tot nu toe onvermoede maar cruciale rol speelt in interacties tussen deeltjes en, nog belangrijker, dat interacties in de vloeibare fase de omkeersymmetrie van de lading kunnen doorbreken”, schreven de auteurs van het onderzoek.

“We hebben aangetoond dat negatief geladen deeltjes in een waterige oplossing elkaar over een lange afstand kunnen aantrekken, terwijl positief geladen deeltjes elkaar afstoten. In oplosmiddelen die een zuivere moleculaire dipoolinversie vertonen aan het grensvlak, zoals alcoholen, ontdekken we dat het tegenovergestelde kan zijn klopt: deeltjes kunnen elkaar aantrekken. Positief geladen deeltjes stoten elkaar af.”

Bijgewerkt op 24/01/24, 06:14 uur ET: dit artikel is bijgewerkt met aanvullende informatie.